蝴蝶在它們的翅膀的背側(cè)(頂部)和腹部(底部)側(cè)經(jīng)常顯示出截然不同的顏色或圖案。來自新加坡國立大學(xué)(NUS)的研究人員進(jìn)行的一項研究表明，A基因是導(dǎo)致蝴蝶背翅出現(xiàn)的原因。

這個有趣的發(fā)現(xiàn)是在Antonia Monteiro副教授和她的博士生。學(xué)生，女士Anupama普拉卡什，誰是生物科學(xué)，在科學(xué)的新加坡國立大學(xué)學(xué)院的系，研究了其在非洲瞇眼灌木棕色蝴蝶，偏瞳蔽眼蝶，它有一個很好注釋的基因組，表達(dá)和無翅A的功能翼發(fā)展階段。

每個機翼表面上的圖案具有不同的功能

由于每個翼面的不同功能，許多蝴蝶的背側(cè)和腹側(cè)翼的外觀的多樣性已經(jīng)發(fā)展。

當(dāng)蝴蝶在翅膀關(guān)閉的情況下休息時，腹面露出;這些表面上的圖案通?？梢詡窝b并避免掠食者。相比之下，當(dāng)翅膀打開時看到的背面通常是彩色的并且專門圖案化以吸引潛在的配合。然而，涉及這些明顯差異如何發(fā)生的機制尚不清楚。

Apterous一種負(fù)責(zé)背側(cè)翼獨特外觀的基因

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)apterous A基因在一些昆蟲物種的翅膀發(fā)育中發(fā)揮作用，其功能包括翼的生長和背腹邊界的確定。因此研究小組假設(shè)它可能參與區(qū)分兩個機翼表面的外觀。

新加坡國立大學(xué)的生物學(xué)家研究了蝴蝶翅膀中apterous A的表達(dá)，然后在基因敲除過程中選擇性地將其從基因組中移除，以驗證其在翼發(fā)育和模式中的功能。

實驗表明，apterous僅在蝴蝶的背側(cè)翼表面上表達(dá)，而不是在腹面上表達(dá)。此外，在基因敲除過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在蝴蝶基因組中突變apterous會導(dǎo)致翅膀發(fā)育缺陷。

然而，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了對蝴蝶翅膀的額外影響。

“當(dāng)這個基因發(fā)生突變時，具有突變基因組的蝴蝶的背翼模式與它們的腹側(cè)翼面形成相同的模式。這意味著apterous A參與確定背面的外觀，”普拉卡什女士說。

該基因可能與背側(cè)翼表面上發(fā)現(xiàn)的其他基因相互作用，以指導(dǎo)背側(cè)翼表面的圖案化。

抑制眼斑圖案

在他們的學(xué)習(xí)過程中，新加坡國立大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)apterous A也可以起到形成眼斑圖案的抑制作用 - 這些標(biāo)記類似于蝴蝶翅膀背面的眼睛。當(dāng)基因被刪除時，在這些背側(cè)翼面上形成了多個額外的眼點 - 與腹面上的數(shù)量一樣多。

“在蝴蝶翅膀圖案的演變過程中，蝴蝶的背側(cè)翼面上出現(xiàn)的斑點長在它們起源于腹面之后，但其原因尚不清楚，”蒙泰羅副教授說。

她補充說：“我們發(fā)現(xiàn)在觀察到一些眼底中心的背側(cè)翼面上的小區(qū)域中，沒有apterous A基因表達(dá)。這意味著局部對A的抑制很可能導(dǎo)致眼點受到影響。終于在這些地方發(fā)展。“

Apterous涉及性別特異性翼特征的基因

研究人員還注意到，apterous A基因的存在對背面的前翅和后翅上的性別特異性翼特征有影響。在雄性的背側(cè)前翅上，它起到抑制劑的作用，抑制雄性信息素產(chǎn)生器官和銀鱗發(fā)育。然而，在它們的背側(cè)后翅上，它起到激活劑的作用，促進(jìn)信息素傳播毛發(fā)和銀鱗的發(fā)展。

新加坡國立大學(xué)的研究人員認(rèn)為，apterous A基因可能與其他性別特異性和翼特異性因子相互作用，從而影響這些特征的發(fā)展。

應(yīng)用作為生物標(biāo)志物和未來的工作

“這項研究已經(jīng)確定了一種影響蝴蝶表面特異性翅膀模式的基因。這可以用作生物標(biāo)志物來了解特定細(xì)胞如何產(chǎn)生我們在蝴蝶翅膀上看到的不同顏色和圖案，”普拉卡什女士說。

“由于apterous A僅在背面細(xì)胞中表達(dá)，我們現(xiàn)在可以根據(jù)這種基因表達(dá)來鑒定背側(cè)特異性細(xì)胞。例如，如果我們想要研究某種顏色是如何形成的，那么這非常有用。像Morphos這樣的物種，腹面大多是棕色的，而背面是藍(lán)色的。通過使用apterous A作為標(biāo)記來分離背部特異性細(xì)胞可以幫助我們研究這些藍(lán)色鱗片是如何發(fā)育的，“她詳細(xì)說明。

展望未來，研究小組將繼續(xù)研究apterous A基因在蝴蝶中的功能。這將包括確定該基因在其他蝴蝶家族和沒有表面特異性翅膀圖案的蝴蝶中的表現(xiàn)是否相似，以及調(diào)查它抑制眼斑模式發(fā)展的方式。

該研究結(jié)果于2018年初在英國皇家學(xué)會會刊B上發(fā)表。